JP2014031976A - 空気調和機の室外機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ユニット性能を満足しながらも空力騒音を低減できる空気調和機の室外機ユニットを提供すること。
【解決手段】室外機ユニット１は、空気取入口１Ａ，１Ｂおよび空気排出口１Ｃが形成される筐体１０と、筐体１０内に設けられ、空気取入口１Ａ，１Ｂから吸い込まれる空気を空気排出口１Ｃに向けて送風するプロペラファン４と、筐体１０の内側でプロペラファン４の外周を囲むベルマウス５と、空気取入口１Ａ，１Ｂに筐体１０の内側から対向する熱交換器３と、を備えている。ベルマウス５には、その内部と外部とを連通する開口５３が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機の室外機ユニットに関する。

空気調和機の室外機ユニットは、低騒音化のために様々な工夫が施されている。
例えば、特許文献１に記載された上吹き出しタイプの室外機ユニットでは、送風ファンに対向するファンケーシングの側壁部に吸気口を設けている。この吸気口は、ファンケーシングにおいて熱交換器に対向する位置に設けられた空気取入口とは別に設けられている。その吸気口から導入される気流によって、送風ファン側方の吸い込み流れを改善することにより、送風ファンの周方向の偏流に起因するＮＺ音のピーク値を低減している。

特開２００６−３８２８７号公報

特許文献１では、ファンケーシングの側壁部に吸気口を設けることで、送風ファンの側方からの空気の取り入れを促進している。これにより、ブレードの外周部に縮流した乱れの小さい流れを取込み、流れの安定化を図る狙いと考えられる。しかし、ファンに吸い込まれて送風される風量のうち、吸気口から導入される分は熱交換器を通過していないので、空気の取り入れを促進したのに見合うユニット性能（空調性能）が得られない。したがって、所望のユニット性能を確保するには送風ファンの回転数を増加する必要があるので、それに伴って騒音が大きくなってしまう。
本発明は、上記のような課題に基づいてなされたもので、ユニット性能を満足しながらも、プロペラファンが形成する気流による空力騒音を低減できる空気調和機の室外機ユニットを提供することを目的とする。

本発明の空気調和機の室外機ユニットは、空気取入口および空気排出口が形成される筐体と、筐体内に設けられ、空気取入口から吸い込まれる空気を空気排出口に向けて送風するプロペラファンと、筐体の内側でプロペラファンの外周を囲むベルマウスと、空気取入口に筐体の内側から対向する熱交換器と、を備えている。
そして、ベルマウスの側面部には、その内部と外部とを連通する開口が形成されていることを特徴とする。

プロペラファンに筐体内の空気が吸い込まれるとき、ベルマウスの外周に対向する位置からは、プロペラファンが形成する軸流と交差する向きに流れが転向される。その流れの圧力と、プロペラファンのブレード間で移送過程にある空気の圧力とを比較すると、移送過程にある空気の圧力の方が低いため、ベルマウス外周の流れは、開口を通じてプロペラファンの外周に導入される。この開口がベルマウスに形成されていることで、ベルマウス外周の空気がベルマウスの拡径した吸込口に回り込むことなくスムーズにベルマウス内に導入されるので、プロペラファンの外周に、乱れが小さく気流を導入できるとともに、その風量を増加させることができる。その導入される気流により、プロペラファン外周の流れが安定するとともに、チップ渦が放出されるのが抑制される。したがって、不安定な流れやチップ渦の放出に起因する広帯域騒音を低減することができる。
その上、本発明では、空力損失を減少させて空力性能を向上させることによって、プロペラファンの外周に導入される風量を増加させることができるので、プロペラファンの回転数を上げることなくプロペラファンにより送風される風量を増加させ、これに伴ってユニット性能を向上させることができる。ここで、本発明では、ベルマウスの開口を通じて吸い込まれる分を含め、プロペラファンにより送風される風量の全体が熱交換器を通過しているので、風量の増加に見合うユニット性能が得られる。したがって、所望のユニット性能を得るのに必要な回転数を小さくすることによっても、空力騒音を低減できる。

本発明の室外機ユニットでは、ベルマウスおよびプロペラファンは、その軸線方向に沿って熱交換器とオーバーラップされていることが好ましい。
上述のように開口の形成によってベルマウス外周の風量が増加すると、ベルマウスの外周に対向する熱交換器の部分にも外気が十分に通過する。したがって、オーバーラップによりユニットを小型化しつつ、ユニット性能の向上をも図ることができる。

本発明の室外機ユニットでは、開口には、当該開口を通る気流をプロペラファンによる送風の向きの下流側にガイドするガイド部が配置されていることが好ましい。
こうすると、プロペラファンの外周に向けて開口を通る空気が、ガイド部によって送風向きの下流側にガイドされた後、プロペラファンの軸流にスムーズに導入される。これにより、プロペラファン外周に導入される気流の乱れがより小さくなるとともに、その風量がより増加するので、空力騒音の一層の低減、およびユニット性能の一層の向上が図られる。
ここで、ガイド部は、開口の上流端から下流に向けて次第にプロペラファンの外周に近づくように形成することもできる。そのガイド部により、開口の下流側における開口面積が絞られる。そのように構成すると、軸流の向きにほぼ沿った風速の大きい気流がベルマウス内に導入されるのに伴って、ガイド部に沿ってベルマウス内に引き込まれる気流が形成される。このようなエゼクタ効果により、乱れが極力抑えられ、かつ風量が大きい気流をプロペラファンの外周に導入することができる。

本発明の空気調和機の室外機ユニットによれば、ユニット性能を満足しながらも空力騒音を低減できる。

実施形態の室外機ユニットの斜視図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は筐体を取り外した状態を示す。 （ａ）は図１のＩＩａ−ＩＩａ線断面図である。なお、バッフルプレートの一方側に配置される圧縮機等の図示を省略している。（ｂ）は（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図である。ベルマウスの拡径部およびプロペラファンは想像線（二点鎖線）で示している。 （ａ）はベルマウスの開口およびブレードの一部を示す模式図である。（ｂ）は、ベルマウスの開口の第１変形例を示す模式図である。 （ａ）はベルマウスの開口の第２変形例を示す模式図である。（ｂ）はベルマウスの開口のさらに第３変形例を示す模式図である。 ベルマウスの開口の第４変形例を示す模式図である。 実施形態に対する比較例を示す室外機ユニットの断面図である。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１および図２に示す室外機ユニット１は、図示しない室内ユニットと共に、空気調和機を構成している。
室外機ユニット１は、圧縮機２と、熱交換器３と、プロペラファン４と、プロペラファン４の外周を囲むベルマウス５と、これらを収容する筐体１０とを備えている。
略直方体形状とされる筐体１０は、土台となるベース１１と、前面を構成するフロントパネル１２と、後面を構成するリアパネル１３と、両側面を構成するサイドパネル１４，１５と、上面を構成する天板１６とを有している。筐体１０には、筐体１０内の空間を２つに仕切るバッフルプレート１９が設けられている。バッフルプレート１９を境界とする一方の空間にはプロペラファン４が設けられ、他方の空間には圧縮機２と、圧縮機２およびプロペラファン４を駆動制御するための電装ボックス６が設けられている。

リアパネル１３（図２）には、外気を筐体１０内に取り入れるための空気取入口１Ａが、熱交換器３の部分３Ａに対向する全域に形成されている。また、一方のサイドパネル１４にも、同様の空気取入口１Ｂが熱交換器３の部分３Ｂに対向する全域に形成されている。これらの空気取入口１Ａ，１Ｂの各々には、通気を確保しつつ、熱交換器３を覆うフィンガード１７が設けられている。フィンガード１７には多数の開口が形成されている。
フロントパネル１２には、プロペラファン４により送風される空気を排出するための空気排出口１Ｃが形成されている。空気排出口１Ｃには、通気を確保しつつ、プロペラファン４を覆うファンガード１８が設けられている。

圧縮機２は、吸入した冷媒ガスを圧縮し、熱交換器３に向けて吐出する。室外機ユニット１と室内ユニットとに冷媒を循環させる冷媒回路は、圧縮機２、熱交換器３、室内ユニットが備える熱交換器、膨張弁、および各部を接続する配管を備えている。
熱交換器３は、圧縮機２から吐出される冷媒と、空気取入口１Ａ，１Ｂから取り入れられる外気との間で熱交換する。熱交換器３を通過した冷媒は室内ユニットに向けて配管を流れる。熱交換器３は、パネル状に形成される２つの部分３Ａ，３ＢがＬ字状に一体に形成されている。この熱交換器３は、部分３Ａが空気取入口１Ａに対向するとともに部分３Ｂが空気取入口１Ｂに対向するように、ベース１１に固定されている。

プロペラファン４は、円筒状のハブ４１と、ハブ４１の外周に放射状に設けられる複数のブレード４２とを有し、図示しないブラケットによりベース１１に固定されている。
薄板状のブレード４２は正圧面４２Ａと負圧面４２Ｂとを有しており、負圧面４２Ｂ側に向けて凸となるように湾曲している。ブレード４２は、図２（ｂ）に示すように、前縁４２１と、後縁４２２と、前縁４２１および後縁４２２を径方向外側で繋ぐ外周縁４２３と、ハブ４１に支持されるとともに前縁４２１および後縁４２２に連なる基端部４２４とを有している。外周縁４２３はチップ部と呼ばれる。本実施形態では、ブレード４２の前縁４２１側がベルマウス５の拡径部５１の外側に開放されているが、プロペラファン４の空力性能を重視してベルマウス５の内部にプロペラファン４全体が収まっていてもよい。但し、このようにするとベルマウス５の上流端（吸込部）の位置を基準とすると、プロペラファン４およびベルマウス５が後側に延長されるので室外機ユニット１が大型化し、プロペラファン４の位置を基準とすると、ベルマウス５が筐体１０内で前側に大きく突出するので筐体１０内部の圧力損失が大きくなってプロペラファン４の風量が低下する。これらの点と空力性能向上との得失が考慮される。
プロペラファン４は、ハブ４１に接続された図示しないモータにより回転されると、ブレード４２の前縁４２１の正圧面４２Ａ側に空気をかきとり、そのブレード４２の正圧面４２Ａと、隣合うブレード４２の負圧面４２Ｂとの間で移送される空気の圧力を次第に高めながら、空気排出口１Ｃに向かう軸流を形成する。このプロペラファン４の回転により吸い込まれる外気が熱交換器３を通過することにより、熱交換が促進される。

ベルマウス５は、図２（ａ）に示すように、その径が基端から先端に向けて拡がる拡径部５１（ベルマウス本体部）と、拡径部５１の基端に連続する円筒状の等径部５２（ベルマウス側面部）とを有し、拡径部５１をプロペラファン４による送風の向き（図２（ａ）の矢印Ｗの向き）の上流側に向けてベース１１に固定されている。
ベルマウス５およびプロペラファン４は、軸線方向に沿った所定の範囲Ｒで熱交換器３の部分３Ｂと側面視でオーバーラップして配置されている。これによって、室外機ユニット１の前後方向の寸法が抑えられている。

拡径部５１は、所定の曲率半径の断面形状を有し（図３）、この拡径部５１からベルマウス５の内側に筐体１０内の空気が吸い込まれる。
拡径部５１から吸い込まれた空気を軸線方向に整流する等径部５２は、フロントパネル１２に近接して配置されている。なお、ベルマウス５がフロントパネル１２と一体に形成される場合は、フロントパネル１２から等径部５２が連続する。等径部５２の内周と、ブレード４２の外周縁４２３との間には、周方向に亘り均一なクリアランスが設けられている。等径部５２の下流端にも、さらに下流に向けて次第に広がる拡径部が設けられていてもよい。
この等径部５２には、ベルマウス５の内部と外部とを連通する複数の矩形状の開口５３が、周方向において等間隔に形成されている。これらの開口５３は、ブレード４２の正圧面４２Ａと負圧面４２Ｂの間の移送過程にある空気の圧力が、後述するベルマウス外周の流れの圧力よりも低い状態を維持できるように、許容される最大の合計面積と、軸方向の位置が定められる。
なお、開口５３の数、形状は任意である。例えば開口５３は、等径部５２の周方向に連続するスリットとすることもできる。

本実施形態は、ベルマウス５に開口５３が形成されていることに最大の特徴を有している。
以下、開口５３が形成されていることで生じるエゼクタ効果について説明する。
プロペラファン４を回転させると、プロペラファン４に筐体１０内の空気が吸い込まれる気流が形成される。このとき、プロペラファン４よりも上流側からは、図２（ａ）に実線の矢印で示すように、軸流にほぼ沿って空気が流れる。この空気流により、ベルマウス５内の静圧は低下するものの、ベルマウス５の外周側では流れが殆ど無いため静圧が殆ど低下しない。そうすると、ベルマウス５外周の流れの圧力と、正圧面４２Ａおよび負圧面４２Ｂの間で移送過程にある空気の圧力とを比較すると、移送過程にある空気の圧力の方が低い。このようにベルマウス５の内外に生じる圧力差に伴い、図２（ａ）に破線の矢印で示すように、ベルマウス５外周に対向する位置から、開口５３を通じてベルマウス５内部のプロペラファン４の外周に導入される流れが発生する。この開口５３を通じて導入される分も含め、プロペラファン４に吸い込まれて送風される風量の全体が、空気取入口１Ａ，１Ｂを介して熱交換器３を通過している。

仮に、図６に示すようにベルマウス５に開口５３が形成されていないとすると、一点鎖線の矢印で示したように、ベルマウス５の外周に対向する位置にある空気がベルマウス５の拡径部５１に向けて大きな転向角度で転向することとなる。そのとき流れの一部が淀むことで高静圧領域（死水域）が形成されると、風量が小さくなり、それに伴ってユニット性能が低下してしまう。特に、熱交換器３（部分３Ｂ）に対向する位置の風量減少は、外気との熱伝達の効率を低下させるため、ユニット性能の低下に直結する。
しかも、死水域では渦流れが形成されるため乱れが大きく、この乱れが重畳することで主流の乱れも大きくなる。つまり、大きく転向するために乱れの大きい流れが周速の大きいプロペラファン４の外周に吸い込まれると、その乱れとプロペラファン４の回転とが干渉し合って空力騒音が大きくなり易い。

これに対して本実施形態では、図２（ａ）の破線の矢印のように、ベルマウス５外周の空気が、拡径部５１に回り込むことなく開口５３からスムーズに導入される。これにより、プロペラファン４の外周に乱れが小さい気流を導入できるとともに、プロペラファン４の外周に導入される風量を増加させることができる。この導入される気流により、チップ部（後縁４２３）を含めプロペラファン４の外周における流れが安定するとともに、チップ部周辺からチップ渦が放出されるのが抑制される。したがって、不安定な流れやチップ渦の放出に起因する広帯域騒音を低減することができる。
その上、本実施形態では、空力損失を減少させて空力性能を向上させることによって、プロペラファン４の外周に導入される風量を増加させることができるので、プロペラファン４の回転数は同一のままで、プロペラファン４により送風される風量を増加させ、これに伴ってユニット性能を向上させることができる。ここで、上述のように送風される風量の全体が熱交換器３を通過しているので、風量の増加に見合うユニット性能が得られる。したがって、所望のユニット性能を得るのに必要な回転数を小さくすることによっても、空力騒音を低減できる。
また、開口５３の形成によりベルマウス５の外周における風量が増加すると、熱交換器３の部分３Ｂの範囲Ｒにおいても外気が十分に通過する。したがって、オーバーラップによりユニットを小型化しつつ、ユニット性能の向上をも図ることができる。

以下、ベルマウス５の等径部５２に形成される開口の変形例を示す。
図３（ｂ）に示される開口５４には、送風の向き（図２のＷ）に対して傾斜するフィン５４１が配置されている。フィン５４１の等径部５２内周側の端部５４１Ｂは、外周側の端部５４１Ａよりも送風向きの下流側に位置している。開口５４は、送風の向きに所定の間隔をおいて配置される複数のフィン５４１によって区画されている。
以上の構成により、ブレード４２の外周に向けて開口５４を通る空気が、隣合うフィン５４１，５４１によって送風向きの下流側にガイドされた後、ベルマウス５内の軸流に上記実施形態よりもスムーズに導入される。このようなガイド作用により、プロペラファン４の外周に導入される気流の乱れがより小さくなるとともに、その風量がより増加するので、空力騒音をより低減できるとともに、ユニットの性能をより向上させることができる。

次に、図４（ａ）に示される開口５５の上流端には、断面曲面状のガイド部５５１が配置されている。ガイド部５５１は、拡径部５１の基端近傍から下流側に向けて次第にプロペラファン４の外周に近づいている。等径部５２は、ガイド部５５１の下流側の端縁５５１Ａよりも径方向外側の位置から下流側に向けて延在している。開口５５は、ガイド部５５１の端縁５５１Ａと等径部５２の上流側の端縁５２１との間にその開口面積が絞られている。
このように構成すると、拡径部５１よりも上流側から、軸流の向きにほぼ沿った風速の大きい気流Ｆ１がベルマウス５内に導入されると、導入された気流Ｆ１の静圧が上記実施形態よりも小さくなる。そして、静圧が小さいのと空気の粘性により、ガイド部５５１に沿ってベルマウス５内に引き込まれる気流Ｆ２が形成される。このようなエゼクタ効果により、乱れが極力抑えられ、かつ風量が大きい気流Ｆ２をプロペラファン４の外周に導入できる。
なお、等径部５２とガイド部５５１とが軸線方向に沿って互いにオーバーラップされていてもよい。そのとき、図４（ｂ）に示すように、開口５５の下流端にも、断面曲面状のガイド部としてベルマウス５２３を配置することができる。上流に向けて拡径するベルマウス５２３が等径部５２に形成されることにより、開口５５の内側に気流Ｆ２が引き込まれるときの空力損失を減少させることができる。

次に、図５に示される開口５７は、拡径部５１の基端に支持されて回動する蓋部５８によって開閉される。本例は、プロペラファン４の外周の圧力に生じる周方向のバラツキに対応するもので、開口５７はベルマウス５の等径部５２に周方向に所定の間隔をおいて複数設けられるとともに、その各々が蓋部５８により開閉される。
各蓋部５８は、ベルマウス５の内側から開口５７を塞ぐようにバネ等により加圧されている。このため、ベルマウス５の外側と内側との間に加圧力を超える圧力差が生じた箇所のみで蓋部５８が開き、それによって開口５７から気流が流入する。したがって、プロペラファン４の外周の圧力が周方向の一部の箇所で他の箇所よりも高くなったとしても、加圧力に相当する閾値以上の内外圧力差が生じない限り、その箇所の蓋部５８が開かないので、内外圧力差の逆転によりベルマウス５の外側に空気が漏れるのを防止できる。

なお、上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 室外機ユニット
１Ａ，１Ｂ 空気取入口
１Ｃ 空気排出口
２ 圧縮機
３ 熱交換器
４ プロペラファン
５ ベルマウス
６ 電装ボックス
１０ 筐体
１１ ベース
１２ フロントパネル
１３ リアパネル
１４，１５ サイドパネル
１６ 天板
１９ バッフルプレート
５１ 拡径部
５２ 等径部
５３〜５５，５７ 開口
５８ 蓋部
５４１ フィン（ガイド部）
５５１ ガイド部

Claims (4)

1. 空気取入口および空気排出口が形成される筐体と、
   前記筐体内に設けられ、前記空気取入口から吸い込まれる空気を前記空気排出口に向けて送風するプロペラファンと、
   前記筐体の内側で前記プロペラファンの外周を囲むベルマウスと、
   前記空気取入口に前記筐体の内側から対向する熱交換器と、を備え、
   前記ベルマウスには、その内部と外部とを連通する開口が形成されている、
   ことを特徴とする空気調和機の室外機ユニット。
2. 前記ベルマウスおよび前記プロペラファンは、その軸線方向に沿って前記熱交換器とオーバーラップされている、
   請求項１に記載の空気調和機の室外機ユニット。
3. 前記開口には、当該開口を通る気流を前記プロペラファンによる送風の向きの下流側にガイドするガイド部が配置されている、
   請求項１または２に記載の空気調和機の室外機ユニット。
4. 前記ガイド部は、前記開口の上流端から下流に向けて次第に前記プロペラファンの外周に近づく、
   請求項３に記載の空気調和機の室外機ユニット。

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